前言

LED作为第四代电光源具有节能、环保、长寿命、色彩丰富、低压易控等优点，近十年来已广泛应用于照明、灯饰、显示，以及医疗、通信、植物生长等领域。然而LED是一个敏感的器件，必须配套合适的驱动电路才能使之安全、可靠、稳定地工作，以发挥它的上述优点。本书结合了作者多年的教学工作经验和课程改革成果，并通过与企业的深度合作，采用通俗易懂的语言和贴近专业的实用案例，从LED的特性和基本应用出发，介绍了LED不同应用领域的电路结构和原理，给出了行之有效的LED的驱动与应用电路设计方法，验证了所提方法的有效性，为相关专业学生和从业人员提供快速入门和学习参考。

1.本书特色

（1）校企合作，工学结合 本书在编写过程中得到了相关企业的支持，书中列举的案例一部分来自授课典型案例，另一部分来自企业实践案例，全书内容的编排以企业的实际需求为出发点，充分结合了理论学习实际和生产要求，在学习知识的过程中，重视读者工程思维和实践技能培养。

（2）目标明确，简明实用 面向应用型人才培养，重点培养读者对知识的综合运用能力，采用案例式阐述，所有案例的设计均来自实际应用场景，并经过实验验证，具有实用性和可移植性。本书考虑到读者的专业背景、知识结构和能力差异，从内容、进度和细节等多方面做出了尽可能合理的安排，并针对一些关键环节、重点难点、容易产生卡脖子的地方专门录制了辅助教学视频，有利于帮助有需要的读者克服困难，达到共同进步的目的。

（3）自成体系，循序渐进 第1～7章按照LED不同应用场景分别介绍相应的应用电路结构，通过案例详解设计方法；第8章讲解LED应用电路设计的一般思路和方法；第9章进行设计性实验训练；第10章讲述方案的优化；第11章对项目设计进行选题指导，布置设计任务和要求。内容从模电、数电到单片机，由浅入深；从理论到实验，再到动手设计、制作和测试，知识、经验、技能层层递进。

（4）启发引导，充满趣味 摒弃枯燥的知识灌输的学习方式，突出思想方法，通过问题引导读者发现、分析、解决复杂工程问题，并在此过程中完成知识的自主学习和实践经验的积累。精选案例，将古典与现代融为一体，让电路设计融入人文关怀和生活气息。例如，在调光控制设计案例中设计了红外感应、吹灭、按键、旋钮、触摸等操作方式，充分调动了读者各种运动和感官，既新鲜有趣，又实用时尚。在完成作品的同时，能充分感受到作品的灵魂，促进读者为作品创作付出心血和感情的意愿。

（5）创新案例，突出应用 案例中设计的方案并不仅停留于对经典应用的复制，而是更多地融合了创新思想，例如，用TL494实现连续可调的PWM输出、用CD4017设计电子选择开关、用二极管设计专用的译码电路、用HS0038设计反射式红外传感器、用驻极体电容式传声器（俗称为电容咪）设计吹灭LED灯的传感器等，这些电路充满新意和技巧，不仅极具启发性，而且在产品开发过程中有较强的参考价值，部分电路可直接移植。

2.学习收益

通过学习和训练，读者应在以下几方面得到锻炼和提高：

1）了解LED应用领域，以及不同应用领域的经典电路结构及其设计要求和具体的设计方法。

2）能对LED应用相关电路问题进行独立分析、研究，明确设计目标。

3）能合理设计具有一定功能的LED产品的应用电路的实施方案。

4）能阅读元器件、芯片的数据手册，获取相关参考资料，并运用于对电路的选型、分析与设计。

5）能计算电路中各元器件参数，理解不同的参数对电路的影响，能正确选择元器件型号。

6）能运用常用的工具软件完成电路设计、制作和实验测试。

7）对所设计的作品充满期待和激情，愿意为之付出努力，克服困难，不断优化。

3.章节安排

本书分为三大部分，第一部分为第1～7章，比较系统地介绍LED各种应用电路的设计原理、案例和方法；第二部分为第8～11章，详细介绍LED应用电路设计的思路、方法，并通过设计性实验和实训指导读者完成作品的设计任务；第三部分为附录，包括AD软件速成的案例教学。另外，还提供了各章思考题的参考答案，部分重点难点可观看辅助学习视频。

（1）第1章 LED驱动与应用基础。介绍了LED的应用领域、LED驱动的概念和层次、LED的电气特性、LED的连接方式、LED灯板的设计，最后用一个例子说明点亮LED的基本条件。

（2）第2章 几种简易的LED驱动电路设计。介绍了几种常见的简易LED限流和恒流驱动电路，包括电阻降压限流、电容降压限流、晶体管恒流、恒流二极管和集成线性恒流电路等。

（3）第3章 开关变换器原理与设计。开关电源具有效率高、体积小、输入电源范围宽等优点，广泛应用于各种电子电气设备。LED的突出优势之一是节能，提高驱动电路的能效是关键，开关电源变换器是首选方案。本章介绍了开关变换器的基本原理，并通过两个实例详细说明利用开关变换器设计LED恒流驱动电路的方法。

（4）第4章 反激式开关恒流电源设计。第3章介绍的非隔离BUCK开关恒流变换器具有效率高、电路简单等优点，但由于输入与输出之间在电气连接上是非隔离的，因此不适用于比较容易被人体触及的应用场合，例如，一些有金属外壳作散热器的射灯、筒灯等，这些灯具通常适宜采用隔离式的设计，可通过高频变压器、光电耦合器等元器件将输出侧与输入侧隔开，保护人身的安全。本章通过实例详细讲解了常应用于中小功率（包括LED灯具）的反激式开关电源的原理和设计方法，并介绍了功率因数校正（PFC）、电磁兼容，以及软开关技术和行业的一些相关标准等。

（5）第5章 LED数码管应用电路设计。LED数码管由七个LED按照“8”字形布局排列，广泛应用于各种电子电气设备，可以用于显示十进制数字和简单的英文字母。本章介绍了数码管的内部结构特点、驱动方法、编码和显示方式等，最后通过一个数字电压表的设计案例详细说明了用单片机控制多位一体的LED数码管实现动态显示的方法。

（6）第6章 LED点阵应用电路设计。LED点阵由很多个LED点光源按照一定的行列布局设计而成，可以用于显示数字、中英文、图形等信息，也可以用于播放动画、视频等。LED点阵显示屏无论大小，都是由最基本的点阵模块单元组合而成的。本章介绍了常见的8×8点阵显示屏的内部结构特点、驱动方法、编码和显示方式等，并在此基础上给出了一个16×64点阵显示屏的设计实例，并详细说明了汉字编码、屏幕滚动显示的原理和方法。

（7）第7章 LED景观灯应用电路设计。LED景观灯主要包括用于景观照明和装饰的灯带、灯条、LED模组、流星灯、护栏管等。其有单色、彩色、七彩变化等多种色彩和动态变化效果，用于衬托各种各样的情境，起到照明和美化景观的效果。景观灯通常由电源、控制器和光源三部分组成，根据光源的尺寸规格和功率大小，电源通常采用相应功率级别的开关稳压电源，有时几组光源可以共用一个大功率的开关电源。控制器主要用于控制光源色彩变化效果，可分为内控式和外控式两种：内控式一般集成到光源模组单元电路的控制IC里，如常见的LED流星灯；外控式采用独立的控制器，通常带有遥控功能，变化形式多样，控制的光源数量较多，并且可多可少，功能强大。LED光源通常由点光源组成，可以是单色或RGB的LED，每个LED可以独立控制发光。本章以LED流星灯和护栏管为例介绍了LED景观灯的电路设计方法。

（8）第8章 LED驱动与应用电路的设计思路和方法。通过实例介绍了LED应用电路设计的基本思路、一般设计步骤，以及查找资料的途径和方法。

（9）第9章 设计性实验训练。本章为实验指导性质，通过设计制作一个基于模电和数电全硬件实现多种控制方式的LED调光灯实例，详细介绍了模块化设计思想和思路、电路参数计算、焊接和测试等知识和技能，并通过问题引导和视频辅助等方式帮助读者完成实验任务，达到积累经验、启发思路、领会技巧的目的，为进一步实现自主设计打下坚实基础。

（10）第10章 基于单片机的方案优化与设计。本章首先指出第9章实验方案中的缺点，进而提出利用单片机对第9章的案例进行优化设计的方案，详细介绍了方案设计、模块电路选型、关键元器件选择、软硬件设计及PCB设计要点、测试方案和技巧等细节过程，重点讨论了如何学习创造性地使用关键元器件实现模块功能的方法。例如借鉴红外遥控器的原理，利用HS0038一体化红外接收头设计反射式的感应传感器，优化解决了三个实际问题：①相对于第3章中的方案实现了有效提高红外感应的距离，并降低了功耗；②相对于红外遥控器又简化了电路和程序；③相对于成品的传感器能大幅度节省成本。此外，本章的结构和格式按设计报告要求撰写，可供后续参考。

（11）第11章 项目设计任务与要求。本章根据LED驱动与应用的三个不同层次给出设计任务和要求，对每个题目进行了简单解释和提示，并区分基本要求和高级要求，供不同层次的读者选做。最后对设计报告、作品展示、答辩环节的要求进行详细阐述，可供学习成果综合考核评价参考。

（12）附录A PCB设计速成（实例）。通过案例使读者快速学会运用AD软件设计PCB，完成作品样机的设计和制作，为验证设计的可行性提供实验手段。

随着我国工业化进程快速前进的步伐，各行各业都进入了精细化建设的阶段，专业技术人才的培养也日益向精细化转变，传统的教育观念已不能适应新时代人才培养的需要，本书紧跟时代要求，以OBE理念为基础，以工程认证要求为依据，突出以读者为中心，成果导向和持续改进的思路，结合作者多年实践经验编写而成。本书适用于本科、大中专院校相关专业教学，企业初级工程技术人员培训，以及电子爱好者自学参考。

在本书编写过程中，得到了永林电子股份有限公司和鸿利智汇集团股份有限公司等企业工程师的帮助和支持，在此向他们表示诚挚的谢意。限于作者水平，书中难免有错漏之处，谨请读者指正，以便改进，不胜感激。

作者

2024年3月